不同树龄尾巨桉无性系人工林木材纤维形态变异分析

甘春雁，吕曼芳，李昌荣，邓紫宇，周 维，谢春俊

（1.广西壮族自治区林业科学研究院 广西优良用材林资源培育重点实验室 国家林业和草原局中南速生材繁育实验室，广西南宁 530002；2.广西壮族自治区国有维都林场，广西来宾 546100；3.广西壮族自治区国有三门江林场，广西柳州 545000）

尾巨桉（Eucalyptus urophylla×E.grandis）是尾叶桉（E.urophylla）和巨桉（E.grandis）的杂交种，是我国南方推广种植的主要桉树品系，具有生长速度快、树干通直匀称和采伐期短等特点，其木材是造纸、纤维板、胶合板和刨花板等重要用材，具有非常高的经济价值[1-3]。当前，学者们对尾巨桉的研究主要集中在培育[3]、造林[4]、材性[5]、干燥[6]、改性[7]和解剖特性[8]等方面。苌姗姗等[8-9]和宋国宝[10]主要对尾巨桉木材的纤维形态径向变异进行了研究，研究不够全面。本研究对不同树龄尾巨桉无性系人工林木材纤维形态的径向和纵向变异规律进行研究，探究不同树龄尾巨桉无性系木材纤维形态变异规律，为尾巨桉的定向培育、木材的高效加工及利用提供参考。

1 材料与方法

1．1 试验材料及采样地概况

5年生尾巨桉无性系试材采自广西壮族自治区国有维都林场龙凤山分场（109°12'E，23°41'N）6 林班一代萌芽林，林分面积10 hm2，郁闭度0．8，平均胸径15．5 mm，平均树高19．5 m，主要地貌类型为低丘，海拔约150 m，坡向北偏东75°，土壤类型为赤红壤；7年生尾巨桉无性系试材采自广西国有维都林场龙凤山分场3林班一代萌芽林，林分面积1．5 hm2，郁闭度0．75，平均胸径17．0 mm，平均树高21．0 m，主要地貌类型为低丘，海拔约90 m，坡向北偏西45°，土壤类型为赤红壤。该地属南亚热带气候，冬短夏长，光照充足，热量丰富，雨量充沛。

1．2 试验方法

共采集两个不同树龄（5年生和7年生）尾巨桉无性系试材，每个树龄采集5 株（表1）。分别从每株伐倒样木的0、1．3、3．3、5．3、7．3、9．3、11．3、13．3 和15．3 m 处截取厚度为5 cm 的圆盘，分别在各高度圆盘沿南北向截取宽度为2 cm 的中心木条，用北向的试样做纤维形态纵向变异分析，选取1．3 m 处圆盘做纤维形态径向（不同生长轮）变异分析，沿1．3 m处圆盘垂直年轮线方向制取各个年轮的小试块，其余高度圆盘分别在近髓心、过渡区及近树皮3 个部位截取10 mm×10 mm×50 mm（T×R×L）的小试块。将小试块劈成火柴杆大小的小试样，取4～5根放入试管中，加入冰醋酸和双氧水混合液（体积比1∶1），没过小试样并高出1 cm 左右，在恒温水浴锅中煮沸进行离析，至试样变白且易分散为止，然后脱酸、染色并制成临时玻片，贴上标签待测。采用NIKON 尼康Eclipse Ni-U 正置研究级显微镜对纤维尺寸进行测定，纤维长度在10 倍物镜下测定，纤维宽度、腔径及双壁厚在40 倍物镜下测定，随机测定50根正常纤维。

1．3 数据处理

采用Excel 软件进行处理，采用SPSS 17．0 软件对不同树龄间和不同树干高度间的纤维长度、宽度、腔径和双壁厚进行方差分析。

2 结果与分析

2．1 木材纤维形态变异规律

5年生和7年生尾巨桉无性系木材纤维特性的测定结果表明，7年生尾巨桉无性系木材的纤维长度、宽度和双壁厚较5年生大，腔径较5年生小（表2）。

表2 不同树龄尾巨桉无性系木材纤维特性指标Tab.2 Fiber characteristics of E.urophylla×E.grandis wood at different ages (μm)

2．1．1 木材纤维长度的径向和纵向变异

木材纤维长度是造纸用材评价的重要指标之一，也是纤维形态研究中最重要的因子之一[11]。5年生尾巨桉无性系木材纤维长度径向主要变化范围为780～1 100 μm，平均值为956．71 μm，纵向主要变化范围为810～1 050 μm，平均值为922．65 μm；7年生尾巨桉无性系木材纤维长度径向主要变化范围为720～1 150 μm，平均值为958．36 μm，纵向主要变化范围为820～1 180 μm，平均值946．33 μm。根据国际木材解剖学会（IAWA）关于木材纤维的分类[12]，中级长度纤维变化范围为900～1 600 μm，大部分尾巨桉木材的纤维长度属于中级长度纤维，属较好的纸浆用材。从髓心往树皮方向，木材纤维长度随生长年轮数的增加逐渐增大；自树干基部往上，木材纤维长度随树干高度的增加呈先增大、到达最高点后再减小的趋势（图1）。

图1 尾巨桉无性系木材纤维长度径向和纵向变异Fig.1 Radial and longitudinal variation of fiber length of E.urophylla×E.grandis wood

2．1．2 木材纤维宽度的径向和纵向变异

纤维宽度是木材制浆、造纸及纸张性能的重要影响因子，一般腔大壁薄的纤维有利于纸张的成型及交织[13]。5年生尾巨桉无性系木材纤维宽度径向主要变化范围为15．0～25．0 μm，平均值为20．26 μm，纵向主要变化范围为18．0～22．0 μm，平均值为20．11 μm；7年生尾巨桉无性系木材纤维宽度径向主要变化范围为16．0～26．0 μm，平均值为20．65 μm，纵向主要变化范围为18．5～23．0 μm，平均值为20．20 μm。从髓心往树皮方向，木材纤维宽度随生长年轮数的增加逐渐增大；自树干基部往上，木材纤维宽度随树干高度的增加呈先增大后减小的趋势（图2）。

2．1．3 木材纤维双壁厚的径向和纵向变异

木材纤维壁是木材基本密度、质量和强度的物质基础，纤维壁的厚薄影响木材制品的性能，在造纸工业上，纤维双壁厚度越薄，形成的纸张强度和耐折度化越高[14]。5年生尾巨桉无性系木材纤维双壁厚径向主要变化范围为5．5～8．0 μm，平均值为6．97 μm，纵向主要变化范围为6．0～9．0 μm，平均值为7．81 μm；7年生尾巨桉无性系木材纤维双壁厚径向主要变化范围为7．0～9．5 μm，平均值为7．57 μm，纵向主要变化范围为6．5～9．5 μm，平均值为7．88 μm。从髓心往树皮方向，木材纤维双壁厚随生长年轮数的增加逐渐增大，5年生增大明显，7年生增大较平缓；自树干基部往上，5年生木材纤维双壁厚随树干高度的增加呈逐渐增大后稍减小的趋势，7年生呈先减小再增加后又减小的趋势，有小幅波动（图3）。

图2 尾巨桉无性系木材纤维宽度径向和纵向变异Fig.2 Radial and longitudinal variation of fiber width of E.urophylla×E.grandis wood

图3 尾巨桉无性系木材纤维双壁厚径向和纵向变异Fig.3 Radial and longitudinal variation of fiber double-wall thickness of E.urophylla×E.grandis wood

2．2 纤维特性主要指标的方差分析

2．2．1 不同树龄尾巨桉无性系木材不同年轮间纤维特性主要指标的方差分析

5年生尾巨桉无性系木材纤维各指标在不同年轮间均差异极显著（P＜0．01）；7年生尾巨桉无性系木材的纤维长度、宽度和腔径在不同年轮间均差异极显著（P＜0．01），双壁厚差异不显著（表3）。

表3 不同树龄尾巨桉无性系木材不同年轮间纤维特性的方差分析Tab.3 Variance analysis on fiber characteristics of E.urophylla×E.grandis wood at different ages among different rings

2．2．2 不同树龄尾巨桉无性系木材不同树干高度间纤维特性主要指标的方差分析

5年生尾巨桉无性系木材纤维长度、宽度和双壁厚在不同树干高度间均差异不显著，腔径差异极显著（P＜0．01）；7年生尾巨桉无性系木材纤维各指标在不同树干高度间均差异不显著（表4）。

表4 不同树龄尾巨桉无性系木材不同树干高度间纤维特性的方差分析Tab.4 Variance analysis on fiber characteristics of E.urophylla×E.grandis wood at different ages among different tree heights

2．3 不同树龄尾巨桉无性系木材纤维特性对比分析

综合对比维都林场、天平山林场[15]和东门林场[10]3 个产地不同树龄尾巨桉无性系木材的纤维特性，可以看出尾巨桉无性系木材的纤维长度、宽度、长宽比和双壁厚均随树龄的增加而增大（表5）。不同产地尾巨桉无性系木材的主要纤维特性稍有差异，相同树龄的木材纤维特性指标在不同生长轮及不同树高方向的变异规律相似。

表5 不同树龄尾巨桉无性系木材纤维特性对比分析Tab.5 Comparative analysis on fiber characteristics of E.urophylla×E.grandis wood at different ages

3 结论与讨论

尾巨桉家系木材纤维长度有较大的变异性，改良潜力大[8]，选育的不同家系的木材纤维长度均接近或达到国际木材解剖学规定的中级长度纤维标准[9-10,15]。本研究中，5年生和7年生尾巨桉无性系木材纤维长度平均值分别为956．71 和958．36 μm，大部分纤维为中级长度纤维。纤维长宽比和壁腔比决定纤维形态进而影响纸张性能[16]，纤维长宽比小于35～45 的木材纤维不适合制浆[10]，壁腔比小于1的木材纤维为上等造纸用材[17]。本研究中5年生尾巨桉无性系木材纤维长宽比为47．32、壁腔比为0．54，7年生尾巨桉无性系木材纤维长宽比为46．48、壁腔比为0．59，是性能优良的纸浆造纸用材。

本研究中5年生和7年生尾巨桉无性系木材的主要纤维特性指标在不同生长年轮和不同树干高度间的变异规律基本一致，这也与其他品系尾巨桉研究结果相似[9-10,15]，幼龄期林木细胞活跃，纤维细胞增大迅速，进入成熟期后，纤维细胞增大速度减缓，纤维长度和宽度的变化随年轮递增而增加直至达到近似稳定状态，纤维长度的变化更显著。5年生尾巨桉无性系木材纤维长随年轮增加逐渐增大，第5年增长平缓，纤维宽随年轮增加逐渐增大；7年生尾巨桉无性系木材纤维长随年轮增加逐渐增大，第4年开始增长平缓，纤维宽随年轮增加逐渐增大，第6年开始增长平缓。当树木纤维长度达到相对稳定年龄即为成熟材，可满足一般用材需求[18]，本研究中的尾巨桉无性系6～7年生时达到优良纸浆材要求，可为确定该无性系的轮伐期提供参考。